1. IGBT的选型
IGBT的粗选型有两个方面。一个是根据电路的容量选择合适的IGBT,另一个是根据电路结构和应用场合选择合适的IGBT模块。
IGBT虽然是大功率器件,但是其设计比较充分地挖掘了半导体材料的潜力,对于过压过流非常敏感,任何尖峰都有可能使IGBT永久失效,因此选择IGBT必须留有足够的电压电流裕量。但是另一方面,又要尽量控制裕量的大小,尽管裕量越大,使用就越安全,但是容量大的IGBT不仅价格更贵,而且越高的耐压意味着越高的饱和压降,越大的耐流意味着越大的截止漏电流,对于电源的效率都将产生影响。
当确定好1GBT的耐压耐流参数后,可以根据实际应用的情况选择合适的IGBT集成模块,如同之前看到的一样,有适用于很多种电路拓扑结构的IGBT模块。我们经常使用的是集成两个IGBT的模块,如三菱的D系列IGBT。利用这种模块也可以实现其他各种拓扑电路,但是如果使用的环境有特殊的要求,例如空间比较紧张或对于IGBT参数的统一性较高,媳可以使用大规模的集成模块,如三菱的M系列IGBT,在一个模块上同时集成了三相整流桥和三相全桥逆变。
2.IGBT的栅极驱动保护
IGBT的栅极类似于MOSFET的绝缘栅,具有较高的输人阻抗,属于电压驱动型,除了在开通和关断的过程中对寄生电容CGE充电以及放电会产生一些功率,IGBT饱和状态时几乎没有电流索取。但是栅极的高阻抗只是说在安全电压以内的情况,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄,一般20~30 V的电压就可以将其击穿,因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一,因此在使用模块时,尽量不要用手触摸驱动端子部分,当必须要触摸模块端子时,要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后,再触摸。通常可以看到,出厂的IGBT模块其栅极与发射极引出端子间已经被厂家短接,以防止静电。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压,但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极闯的电容耦合,也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此,通常采用双绞线来传送驱动信号,以减少寄生电感,在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。如果不能保证驱动信号是完全安全的,还可以增加稳压二极管以抑制毛刺电压。此外,在栅极—发射极间开路时,若在集电极与发射极间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于集电极有漏电流流过,栅极电位会升高,这时1GBT可能会误导通,后果相当严重。因此,为防止此类故障,应在栅极与发射极之间串接一只10 kΩ左右的电阻。
综上,如图1是一个栅极保护电路。
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